JP2004106172A - Fluidic conduit, method for forming fluid conduit, microarray system, dpn system, fluid circuit, and manufacturing method of microarray - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluidic conduit which can be used in microarraying systems, nano-lithography systems of dip pen type, a fluidic circuit and microfluidic systems. <P>SOLUTION: This fluidic conduit comprises a spring beam 460 which has a fixed part 453 attached to a substrate 440, and a cantilever part 454 having a curvature away from the substrate 440. The spring beam 460 defines a first channel 452 extending approximately parallel with the curvature of the cantilever part 454, in order to carry fluid along the cantilever part 454 of the spring beam 460. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

 本発明は、一般的には微小流体素子に関し、詳細にはこのような素子の液体操作プローブに関する。 The present invention relates generally to microfluidic devices, and in particular, to liquid handling probes for such devices.

 従来のマイクロアレイシステムを図1に示す。マイクロアレイシステム100は、バイオチップ120を支持するためのステージ110、XYZ位置決めシステム160に取りつけられるマイクロアレイ130、システムコントローラおよび測定データの処理に用いるコンピュータ/ワークステーション170を備えている。 (1) A conventional microarray system is shown in FIG. The microarray system 100 includes a stage 110 for supporting a biochip 120, a microarray 130 attached to an XYZ positioning system 160, a system controller, and a computer / workstation 170 used for processing measurement data.

 また、図2には、従来のつけペン式ナノリソグラフィ(DPN)システムを示す。DPNシステム200は、ウェーハ220を支持するステージ210、XYZ位置決めシステム260に取りつけられるマイクロペンアセンブリ230、およびシステムコントローラとして機能するコンピュータ/ワークステーション270を備えている。 FIG. 2 also shows a conventional false pen nanolithography (DPN) system. The DPN system 200 includes a stage 210 that supports a wafer 220, a micropen assembly 230 that attaches to an XYZ positioning system 260, and a computer / workstation 270 that functions as a system controller.

 マイクロアレイシステム100のマイクロアレイ130と同様にDPNシステム200においても、マイクロペンアセンブリ230には金属ピンが用いられている。金属ピンの製造における困難性および高コスト化は、その利用を限られたものにしている。 In the DPN system 200 as well as the microarray 130 of the microarray system 100, the micropen assembly 230 uses metal pins. The difficulty and high cost of manufacturing metal pins has limited their use.

 従来の金属ピンに見られる製造上の困難性や高コスト化を招くことのないマイクロ流体導管の生産が可能であって、マイクロアレイやマイクロペンアセンブリ等のマイクロ流体素子に形成できることが必要とされている。
米国特許第3,842,189号明細書 米国特許第5,613,861号明細書 ジャンら(Zhang et al.)著,「高濃度平行付けペン式ナノリソグラフィプローブアレイを有するMEMSナノプロッター(A MEMS Nanoplotter With High-Density Parallel Dip-Pen Nanolithography Probe Arrays)」,インスティチュート・オブ・フィジックス・パブリッシング(Institute Of Physiscs Publishing),ナノテクノロジー(Nanotechnology)13,2002年,p.212−217 「電気化学的金属除去によるマイクロファブリケーション(Microfabrication By Electrochemical Metal Removal)」,IBM J.Res.Dev.,1998年9月4日,第42巻,第4号,p.655
It is necessary to be able to produce a microfluidic conduit without incurring the manufacturing difficulties and high costs found in conventional metal pins, and to be able to be formed on microfluidic devices such as microarrays and micropen assemblies. I have.
U.S. Pat. No. 3,842,189 U.S. Pat. No. 5,613,861 Zhang et al., "A MEMS Nanoplotter With High-Density Parallel Dip-Pen Nanolithography Probe Arrays", Institute of Physics Publishing, Institute of Physiscs Publishing, Nanotechnology 13, 2002, p. 212-217 "Microfabrication by Electrochemical Metal Removal", IBM J.C. Res. Dev. , September 4, 1998, Vol. 42, No. 4, p. 655

 本発明は、設計された応力を有するばね材料フィルムを用いて形成される流体システムを提供する。 The present invention provides a fluid system formed using a spring material film having a designed stress.

 上記課題を解決するための本発明の第1の態様が、基板に取り付けられた固定部と、前記基板から離れる曲がりを有するカンチレバー部とを有するばねビームを含む、流体用導管であって、前記ばねビームが、該ばねビームの前記カンチレバー部に沿って流体を運ぶための、前記カンチレバー部の前記曲がりに対して略平行に延びる第1のチャネルを定める、流体用導管により提供される。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a fluid conduit including a spring beam having a fixed portion attached to a substrate and a cantilever portion having a bend away from the substrate, A spring beam is provided by a fluid conduit defining a first channel extending substantially parallel to the bend of the cantilever portion for carrying fluid along the cantilever portion of the spring beam.

 また、本発明の第2態様が、剥離材料層の上に、該剥離材料層に対して垂直な方向の内部応力勾配を有するばね材料膜を形成する工程と、ばね材料アイランドを形成するために、前記ばね材料膜をエッチングする工程と、前記ばね材料アイランドのカンチレバー部に、前記内部応力勾配に起因する前記剥離層の第2の部分から離れる曲がりを帯びさせるために、前記剥離材料層の第1の部分を前記ばね材料アイランドの前記カンチレバー部の下から除去する工程と、前記ばねビームの前記カンチレバー部に沿って流体を運ぶための、前記カンチレバー部の前記曲がりに対して略平行に延びる第1のチャネルを定める工程と、を含む、流体用導管を形成する方法により提供される。 A second aspect of the present invention is a method for forming a spring material film having an internal stress gradient in a direction perpendicular to the release material layer on a release material layer, and forming a spring material island. Etching the spring material film; and causing the cantilever portion of the spring material island to bend away from the second portion of the release layer due to the internal stress gradient. Removing a portion of the spring material island from beneath the cantilever portion; and extending substantially parallel to the bend of the cantilever portion for carrying fluid along the cantilever portion of the spring beam. And defining a channel.

 また、本発明の第3態様が、複数の流体サンプルを同時に分析するマイクロアレイシステムであって、第1のパターンに配列された複数の試験位置を含む分析用集積回路(IC)と、基板に取り付けられた固定端部と、自由端部の曲がりに対して平行に延びる第1のチャネルと、前記基板から離れる曲がりを有すると共に前記第1のチャネルから液体を分配するための分配先端部で終端する前記自由端部と、を各々が有する複数のチャネルばねプローブを含む分配アセンブリであって、前記複数のチャネルばねプローブの前記分配先端部が、前記第1のパターンと略一致する第2のパターンに配列された、分配アセンブリと、前記複数のチャネルばねプローブの各々の前記分配先端部を、前記分析用IC上の前記複数の試験位置の1つと接触するよう配置するための配置システムと、前記配置システムを制御すると共に前記分析用ICによって供給されるデータを処理するためのコンピュータ/ワークステーションと、を含むマイクロアレイシステムにより提供される。 Further, a third aspect of the present invention is a microarray system for simultaneously analyzing a plurality of fluid samples, wherein the analysis integrated circuit (IC) including a plurality of test positions arranged in a first pattern, and a microarray system attached to a substrate. A fixed channel, a first channel extending parallel to the free end bend, and a bend away from the substrate and terminating at a dispensing tip for dispensing liquid from the first channel. A dispensing assembly comprising a plurality of channel spring probes each having a free end, wherein the dispensing tip of the plurality of channel spring probes has a second pattern substantially matching the first pattern. An arrayed dispensing assembly and the dispensing tip of each of the plurality of channel spring probes are contacted with one of the plurality of test locations on the analytical IC. And deployment system for placing to be provided by microarray system comprising a computer / workstation for processing data supplied by the analyzing IC controls the placement system.

 また、本発明の第4態様が、基板をパターニングするためのつけペン式ナノリソグラフィ(DPN)システムであって、基板を支持及び配置するための台と、基板に取り付けられた固定端部と、自由端部の曲がりに対して平行に延びるチャネルと、前記基板から離れる曲がりを有すると共に前記チャネルから前記基板の上に液体を分配するための分配先端部で終端する前記自由端部と、を有する第1のチャネルばねプローブを含むマイクロペンアセンブリと、前記第1のチャネルばねプローブの前記分配先端部を、前記基板と接触するよう配置すると共に、前記基板の上に所望のパターンをプリントするための配置システムと、前記配置システムを制御するためのコンピュータ/ワークステーションと、を有するDPNシステムにより提供される。 Also, a fourth aspect of the present invention is a dip pen nanolithography (DPN) system for patterning a substrate, comprising: a base for supporting and placing the substrate; a fixed end attached to the substrate; A channel extending parallel to the free end bend and the free end having a bend away from the substrate and terminating at a dispensing tip for dispensing liquid from the channel onto the substrate. A micro-pen assembly including a first channel spring probe, and the dispensing tip of the first channel spring probe arranged to contact the substrate and to print a desired pattern on the substrate. Provided by a DPN system having a deployment system and a computer / workstation for controlling the deployment system It is.

 また、本発明の第5態様が、第1の面を有する第1の流体素子と、前記第1の面に取り付けられた固定部と、前記第1の面から離れる曲がりを有する自由部と、前記チャネルばねプローブの自由部に沿って流体を運ぶためのチャネルとを有するチャネルばねプローブと、を有する流体回路により提供される。 In a fifth aspect of the present invention, a first fluid element having a first surface, a fixed portion attached to the first surface, a free portion having a bend away from the first surface, A channel spring probe having a channel for carrying fluid along a free portion of the channel spring probe.

 また、本発明の第6態様が、複数のプリント用先端部を有するマイクロアレイの製造方法であって、剥離材料層の上に、該剥離材料層に対して垂直な方向の内部応力勾配を有するばね材料膜を形成する工程と、複数のばね材料アイランドをアレイパターンに形成するために、前記ばね材料膜をエッチングする工程と、前記剥離材料層の第2の部分から離れる曲がりを各々が有する複数のばねビームであって、前記複数のプリント用先端部の1つを各々が構成する複数のばねビームを形成するために、前記剥離材料層の第1の部分を各前記ばね材料アイランドの前記カンチレバー部の下から除去する工程と、を含む、マイクロアレイの製造方法により提供される。 A sixth aspect of the present invention is a method for manufacturing a microarray having a plurality of printing tips, wherein a spring having an internal stress gradient on a release material layer in a direction perpendicular to the release material layer. Forming a material film; etching the spring material film to form a plurality of spring material islands in an array pattern; and forming a plurality of bends each having a bend away from a second portion of the release material layer. A spring beam, wherein a first portion of the release material layer is formed on the cantilever portion of each spring material island to form a plurality of spring beams each comprising one of the plurality of printing tips. And removing from below.

 図3は、本発明の実施形態によるマイクロアレイシステム300Aの斜視図である。マイクロアレイシステム300Aは、分析用IC(analytical IC)320Aを支持するための台310Aと、配置サブシステム370Aに取り付けられた分配アセンブリ330Aと、システムコントローラ及び測定データプロセッサとして作用するコンピュータ/ワークステーション380Aとを含む。分析用IC320Aは、面ベースの分析能力を提供するバイオチップ又は他の任意のタイプのICで構成できる。配置サブシステム370Aは、コンピュータ/ワークステーション380Aによって供給された制御信号に応答して、分析用IC320A上のアレイパターンの試験溶液サンプルを収集し、及び分析用IC320A上にアレイパターンに分配するために、分配アセンブリ330Aを移動させる。配置サブシステム370Aは、分析用IC320A上に試験サンプルを分配するために必要な全ての配置操作を行うことができ、或いは、台310Aは、分析用IC320Aと分配アセンブリ330Aとを位置揃えするための付加的な配置能力を含んでもよい。試験サンプルが分配されたら、分析用IC320Aは、平行分析を行い、その結果を更に処理するためにコンピュータ/ワークステーション380Aに供給する。従って、マイクロアレイシステム300Aは、図1に示されるマイクロアレイシステム100と略同様であるが、但し、金属ピンベースのマイクロアレイ130が、チャネルばねプローブベースの分配アセンブリ330Aと置き換えられている。 FIG. 3 is a perspective view of a microarray system 300A according to the embodiment of the present invention. The microarray system 300A includes a platform 310A for supporting an analytical IC (Analytical IC) 320A, a distribution assembly 330A attached to a placement subsystem 370A, and a computer / workstation 380A acting as a system controller and measurement data processor. including. The analytical IC 320A can be comprised of a biochip or any other type of IC that provides surface-based analytical capabilities. The placement subsystem 370A is responsive to control signals provided by the computer / workstation 380A to collect test solution samples in an array pattern on the analytical IC 320A and to dispense the array pattern on the analytical IC 320A. , Move the dispensing assembly 330A. The placement subsystem 370A can perform any placement operations necessary to dispense the test sample onto the analysis IC 320A, or the platform 310A can be used to align the analysis IC 320A and the dispensing assembly 330A. Additional placement capabilities may be included. Once the test sample has been dispensed, the analytical IC 320A performs a parallel analysis and provides the results to a computer / workstation 380A for further processing. Accordingly, the microarray system 300A is substantially similar to the microarray system 100 shown in FIG. 1, except that the metal pin based microarray 130 has been replaced with a channel spring probe based distribution assembly 330A.

 分配アセンブリ330Aは、基板340A上にアレイ状に整列した複数のチャネルばねプローブ350Aを含む。上述したように、チャネルばねプローブ350Aは、マイクロアレイシステム100のプリント用先端部150よりも遙かに経済的に製造可能であり、かなり向上した精度及び設計の柔軟性を提供できる。各チャネルばねプローブ350Aは、チャネルばねプローブの曲りに平行に延びるチャネル351Aを含む。チャネル351Aは、毛管作用によって試験溶液がチャネルに沿って引かれるサイズである。任意のチャネルばねプローブ350Aが液源と接触するように配置されると、液体がチャネル351Aに引き込まれる。任意のチャネルばねプローブ350Aの先端部が分析用IC320Aの表面と接触するように配置されると、ある量の液体がチャネル351Aからバイオチップ320A上に付着する。これらの液体引込み動作と分配動作との間、液体は、毛管作用及び表面張力の力により、チャネル351A内に保持される。各チャネル351Aに沿って形成されたオプションのリザーバ352Aは、チャネルばねプローブ350Aの液体貯蔵容量を増加させることができる。各チャネルばねプローブ350Aは、先細の先端部及び単一のチャネルを有するように示されているが、本発明の実施形態によるチャネルばねプローブは、後述するように、任意の数の異なる先端部及びチャネル構成を含むことができる。例えば、チャネルばねプローブ350Aの各チャネル351Aは、分配アセンブリ330Aが分析用IC320A上に混合溶液を分配できるようにする2つのチャネルを表してもよい。 The dispensing assembly 330A includes a plurality of channel spring probes 350A arranged in an array on a substrate 340A. As described above, the channel spring probe 350A can be manufactured much more economically than the printing tip 150 of the microarray system 100, and can provide significantly improved accuracy and design flexibility. Each channel spring probe 350A includes a channel 351A that extends parallel to the bend of the channel spring probe. Channel 351A is sized so that the test solution is drawn along the channel by capillary action. When any channel spring probe 350A is placed in contact with the liquid source, liquid is drawn into channel 351A. When the tip of any channel spring probe 350A is placed in contact with the surface of the analytical IC 320A, a certain amount of liquid will be deposited on the biochip 320A from the channel 351A. During these liquid drawing and dispensing operations, liquid is retained in channel 351A by capillary and surface tension forces. An optional reservoir 352A formed along each channel 351A can increase the liquid storage capacity of the channel spring probe 350A. Although each channel spring probe 350A is shown as having a tapered tip and a single channel, a channel spring probe according to embodiments of the present invention may have any number of different tips and Channel configurations can be included. For example, each channel 351A of the channel spring probe 350A may represent two channels that allow the dispensing assembly 330A to dispense the mixed solution onto the analytical IC 320A.

 図4は、本発明の別の実施形態による、つけペン式ナノリソグラフィ(DPN)システム300Bの斜視図である。DPNシステム300Bは、基板320B(ウエハ等)を支持するための台310Bと、XYZ配置サブシステム370Bに取り付けられたマイクロペンアセンブリ330Bと、システムコントローラとして作用するコンピュータ/ワークステーション380Bとを含む。マイクロペンアセンブリ330Bは、取り付け台340Bに取り付けられた1つ以上のチャネルばねプローブ350Bを含む。XYZ配置サブシステム370Bは、コンピュータ/ワークステーション380Bによって供給された制御信号に応答して、ウエハ320B上に所望のパターンをプリントするために、マイクロペンアセンブリ330Bを移動させる。チャネルばねプローブ350Bの(チャネルばねプローブ350Bの曲がりに平行な)チャネル351B及びオプションのリザーバ352Bは、ウエハ320B上にプリント溶液を施すのを可能にする。従って、DPNシステム300Bは、図2に示されるDPNシステム200と略同様であるが、但し、金属ピンベースのマイクロペンアセンブリ230が、チャネルばねプローブベースのマイクロペンアセンブリ330Bと置き換えられており、ここでも、チャネルばねプローブに伴うコスト及び設計の長所を提供する。 FIG. 4 is a perspective view of a dip pen nanolithography (DPN) system 300B according to another embodiment of the present invention. DPN system 300B includes a pedestal 310B for supporting a substrate 320B (such as a wafer), a micropen assembly 330B attached to an XYZ placement subsystem 370B, and a computer / workstation 380B acting as a system controller. Micropen assembly 330B includes one or more channel spring probes 350B mounted to mounting 340B. XYZ placement subsystem 370B moves micropen assembly 330B to print a desired pattern on wafer 320B in response to control signals provided by computer / workstation 380B. The channel 351B (parallel to the bend of the channel spring probe 350B) and the optional reservoir 352B of the channel spring probe 350B allow for applying a printing solution onto the wafer 320B. Accordingly, the DPN system 300B is substantially similar to the DPN system 200 shown in FIG. 2, except that the metal pin-based micropen assembly 230 has been replaced with a channel spring probe based micropen assembly 330B. Nevertheless, it offers the cost and design advantages associated with channel spring probes.

 図5は、本発明の別の実施形態による、流体回路300Cの概略図である。回路300Cは、微小流体の液体ブロック(microfluidic liquid volumes)を用いた又は組み込んだ任意の素子で構成可能な流体素子320C(1)及び320C(2)を含む。流体素子320C(1)及び320C(2)は、流体分析用に設計されたバイオチップ又は他の分析用集積回路(IC)で構成可能である。流体素子320C(1)は、液体の収集及び分配のためのそれぞれのチャネルばねプローブ350C(1)及び350C(2)と、面内流体経路指定用のマイクロチャネルネットワーク321Cと、流体を貯蔵するためのオプションのリザーバ322Cとを含む。チャネルばねプローブ350C(1)の自由端部が外部供給容器390C内の液体391Cと接触するように配置され、毛管作用の力によって、液体391Cの一部が、チャネルばねプローブ350C(1)の曲がりと平行に延びるチャネル351C(1)内に引き込まれる。この引き込まれた液体を、オプションのリザーバ322Cに蓄積するか、又は、マイクロチャネルネットワーク321Cへと通過させることができる。次に、マイクロチャネルネットワーク321Cは、流体素子320C(1)内の適切な場所へと、液体の経路を指定する(チャネルばねプローブ350C(2)内のチャネル351C(2)への経路指定を含む)。チャネルばねプローブ350C(2)の曲がりと平行に延びるチャネル351C(2)により、液体を、チャネルばねプローブ350C(2)の先端部から流体素子320C(2)上に分配できる。 FIG. 5 is a schematic diagram of a fluid circuit 300C according to another embodiment of the present invention. The circuit 300C includes fluidic devices 320C (1) and 320C (2) that can be comprised of any device that uses or incorporates microfluidic liquid volumes. Fluidic elements 320C (1) and 320C (2) can be comprised of a biochip or other analytical integrated circuit (IC) designed for fluid analysis. Fluidic elements 320C (1) include respective channel spring probes 350C (1) and 350C (2) for liquid collection and distribution, microchannel network 321C for in-plane fluid routing, and fluid storage. And an optional reservoir 322C. The free end of the channel spring probe 350C (1) is arranged to be in contact with the liquid 391C in the external supply container 390C, and a part of the liquid 391C is bent by the force of the capillary action by bending the channel spring probe 350C (1). Drawn into a channel 351C (1) extending parallel to. This withdrawn liquid can be stored in an optional reservoir 322C or passed to a microchannel network 321C. The microchannel network 321C then routes the liquid to the appropriate location within the fluidic device 320C (1) (including routing to the channel 351C (2) in the channel spring probe 350C (2)). ). The channel 351C (2) extending parallel to the bend of the channel spring probe 350C (2) allows liquid to be dispensed from the distal end of the channel spring probe 350C (2) onto the fluidic element 320C (2).

 図6(A)〜図6(D)、図7(A)〜図7(C)、並びに図8(A)及び図8(B)は、本発明の別の実施形態による、図3、図4及び図5に示されているチャネルばねプローブ350A、350B及び350C等のチャネルばねプローブの製造に用いられる一般的な製造プロセスを示す、簡略化した側面断面図である。 6 (A) to 6 (D), FIGS. 7 (A) to 7 (C), and FIGS. 8 (A) and 8 (B) show FIGS. 3 and 3 according to another embodiment of the present invention. FIG. 6 is a simplified side cross-sectional view illustrating a typical manufacturing process used to manufacture channel spring probes, such as the channel spring probes 350A, 350B and 350C shown in FIGS. 4 and 5;

 図6(A)を参照すると、この製造プロセスは、ウエハ440上に剥離層445を形成することから開始する。基板440は、選択された基板材料(例えば、ガラス、石英、シリコン(Si)、サファイア、酸化アルミニウム、又は適切なプラスチック)から形成される。一実施形態では、剥離層445は、基板440に付着させられたSi、窒化シリコン組成物(SiNx)、酸化シリコン組成物(SiOx)又はチタニウム(Ti)の1つ以上を含む。後述するように、剥離材料は、剥離後も、チャネルばねプローブが剥離層445の一部を介して基板440に接続されたままになるように、選択される。別の実施形態では、ばねプローブを基板440に接続するよう作用する剥離材料に隣接する分離型のアンカーパッドが別個に形成される。このように別個に形成されたアンカーパッドは、チャネルばねプローブ/基板の接続の強度を増加し得るものであるが、このようなアンカーパッドを形成すると、プロセスの工程数が増加し、それにより、プローブの総製造コストが増加する。別の実施形態では、基板440の基板材料自体が剥離層として用いられてもよい(即ち、別個の剥離材料付着プロセスは用いられず、図5のチャネルばねプローブ350C(1)及び350C(2)に示されるように、チャネルばねプローブ450が基板440に直接接続される)。 (Referring to FIG. 6A, the manufacturing process starts by forming a release layer 445 on a wafer 440. Substrate 440 is formed from a selected substrate material (eg, glass, quartz, silicon (Si), sapphire, aluminum oxide, or a suitable plastic). In one embodiment, release layer 445 includes one or more of Si, a silicon nitride composition (SiNx), a silicon oxide composition (SiOx), or titanium (Ti) deposited on substrate 440. As described below, the release material is selected such that the channel spring probe remains connected to the substrate 440 via a portion of the release layer 445 after release. In another embodiment, a separate anchor pad is separately formed adjacent to a release material that serves to connect the spring probe to the substrate 440. Although such separately formed anchor pads can increase the strength of the channel spring probe / substrate connection, forming such anchor pads increases the number of steps in the process, thereby The total manufacturing cost of the probe increases. In another embodiment, the substrate material of substrate 440 itself may be used as a release layer (ie, no separate release material deposition process is used, and channel spring probes 350C (1) and 350C (2) of FIG. 5). , The channel spring probe 450 is connected directly to the substrate 440).

 図6(B)に示されるように、公知のプロセス技術を用いて、剥離層445上に、成長方向に内部応力差を含むよう設計された応力を有する(ばね材料)膜465が形成される。一実施形態では、設計された応力を有する膜465は、最下部(即ち、剥離材料層440に隣接)が上部よりも高い内部圧縮応力を有するように形成され、それにより、基板440から離れるように曲がるバイアスを生じる内部応力差が形成される。設計された応力を有する膜465にこのような内部応力差を生じる方法は、例えば、米国特許3,842,189(異なる内部応力を有する2つの金属を付着する)及び米国特許5,613,861(例えば、プロセスパラメータを変えつつ単一の金属をスパッタリングする)で教示されており、それらを参照して本明細書に援用する。一実施形態では、設計された応力を有する膜465は、ばね構造の形成に適した1つ以上の金属(例えば、モリブデン(Mo)、「モリクローム」合金(MoCr)、タングステン(W)、チタニウム−タングステン合金(Ti:W)、クロミウム(Cr)及びニッケル(Ni)の1つ以上)を含む。別の実施形態では、設計された応力を有する膜465は、Si、窒化物、酸化ケイ素、炭化物又はダイヤモンドを用いて形成される。後で更に詳しく説明するが、設計された応力を有する膜465の厚さは、幾分は、選択されたばね材料、所望のばね定数、及び最終的なばねビーム構造の形状によって決定される。 As shown in FIG. 6B, a (spring material) film 465 having a stress designed to include an internal stress difference in the growth direction is formed on the release layer 445 using a known process technique. . In one embodiment, the engineered stressed membrane 465 is formed such that the lowermost portion (ie, adjacent to the release material layer 440) has a higher internal compressive stress than the upper portion, thereby moving away from the substrate 440. An internal stress difference is created that causes a bias to bend. Methods of creating such an internal stress difference in a designed stressed film 465 are described, for example, in US Pat. No. 3,842,189 (to deposit two metals having different internal stresses) and US Pat. No. 5,613,861. (E.g., sputtering a single metal while changing process parameters), which are incorporated herein by reference. In one embodiment, the engineered stressed membrane 465 comprises one or more metals suitable for forming a spring structure (eg, molybdenum (Mo), “molychrome” alloy (MoCr), tungsten (W), titanium (W). -One or more of a tungsten alloy (Ti: W), chromium (Cr), and nickel (Ni)). In another embodiment, the designed stressed film 465 is formed using Si, nitride, silicon oxide, carbide or diamond. As will be described in more detail below, the thickness of the designed stressed membrane 465 is determined in part by the selected spring material, the desired spring constant, and the shape of the final spring beam structure.

 図6(C)、図9(A)〜図9(D)、及び図10(A)〜図10(D)を参照すると、細長いばねマスク446(例えばフォトレジスト)が、設計された応力を有する膜465の選択された部分を覆うようにパターニングされる。ばねマスク446は、所望のチャネルばねプローブの形状に形成され、様々な先端部、チャネル及び取り付け領域の構成を含んでよい。ばねマスク446のプリントに使用可能な良好に特徴づけされたリソグラフィプロセスは、ばねマスク446の実際のジオメトリーに大きな柔軟性を可能にする。図9(A)は、本発明の一実施形態によるばねマスク446の平面図を示す。ばねマスク446は、一端部にプローブ先端部領域446−Aを含み、他端部に取り付け領域446−Bを含み、プローブ先端部領域446−Aと取り付け領域446−Bとの間にチャネル領域446−Cを含む。チャネル領域446−Cのサイズは、最終的なチャネルばねプローブに形成されて得られたチャネルが、チャネルばねプローブによって収集、貯蔵又は分配される液体に、必要な毛管作用を与えるサイズである。図9(A)は、ばねマスク446の、チャネルばねプローブが基板440から剥離される部分に対応する部分である、剥離領域446−Dを示す。 6 (C), 9 (A) -9 (D), and 10 (A) -10 (D), the elongated spring mask 446 (eg, photoresist) reduces the designed stress. The film 465 is patterned so as to cover a selected portion of the film 465. The spring mask 446 is formed in the shape of the desired channel spring probe and may include various tip, channel and mounting area configurations. A well-characterized lithographic process that can be used to print the spring mask 446 allows for great flexibility in the actual geometry of the spring mask 446. FIG. 9A shows a plan view of a spring mask 446 according to one embodiment of the present invention. The spring mask 446 includes a probe tip region 446-A at one end and a mounting region 446-B at the other end, and a channel region 446 between the probe tip region 446-A and the mounting region 446-B. -C. The size of the channel region 446-C is such that the resulting channel formed in the final channel spring probe provides the necessary capillary action to the liquid collected, stored or dispensed by the channel spring probe. FIG. 9A shows a peeled region 446-D, which is a portion of the spring mask 446 corresponding to a portion where the channel spring probe is peeled from the substrate 440.

 チャネル領域446−Cはプローブ先端部領域446−Aと重なって示されているが、本発明による別の実施形態では、チャネル領域446−Cが取り付け領域446−B内に延びていてもよい。図9(B)は、剥離領域446−Dを通って取り付け領域446−B内に延びるチャネル領域446−C(1)を示している。オプションの狭い領域447は、最終的なチャネルばねプローブのために柔軟性が高い領域を設けるために含まれている(尚、狭い領域447は、説明の目的で、剥離領域446−Dと取り付け領域446−Bとが合う場所に示されているが、狭い領域447は、剥離領域446−Dに沿った任意の場所に配置可能である)。最終的なばねチャネルプローブに意図される用途に従って、チャネル領域446−Cに他の変形を行うことが可能である。例えば、図9(C)は、本発明の別の実施形態によるチャネル領域446−C(2)を示している。チャネル領域446−C(2)の内側の端部は、最終的なチャネルばねプローブのリザーバ要素を作るためのリザーバ領域520に接続されている。得られるリザーバ要素はチャネルの幅よりも広いので、チャネル領域446−C(2)の流体保持容量は増加する。リザーバ領域520は、剥離領域446−D内に配置されて示されているが、破線で示されるように、これを取り付け領域446−B内に配置することもできる。 Although channel region 446-C is shown overlapping probe tip region 446-A, in other embodiments according to the present invention, channel region 446-C may extend into mounting region 446-B. FIG. 9B shows a channel region 446-C (1) extending through the release region 446-D and into the mounting region 446-B. An optional narrow area 447 is included to provide a more flexible area for the final channel spring probe (note that the narrow area 447 is for illustration purposes a peel area 446-D and a mounting area). Although shown where 446-B meets, narrow area 447 can be located anywhere along strip area 446-D). Other variations can be made to the channel region 446-C, depending on the intended use of the final spring channel probe. For example, FIG. 9C illustrates a channel region 446-C (2) according to another embodiment of the present invention. The inner end of the channel region 446-C (2) is connected to a reservoir region 520 for making the reservoir element of the final channel spring probe. Since the resulting reservoir element is wider than the width of the channel, the fluid holding capacity of the channel region 446-C (2) is increased. Although the reservoir region 520 is shown disposed within the stripping region 446-D, it can be disposed within the mounting region 446-B, as indicated by the dashed line.

 本発明は、チャネルばねプローブ内に複数のチャネルを形成することも可能にする。例えば、図9(D)は、本発明の別の実施形態による、チャネル領域446−C(3)及び446−C(4)を有するばねマスク446の部分を示している。図9(B)及び図9(C)に関して上述したチャネル領域と同様に、チャネル446−C(3)及び446−C(4)は、リザーバ要素を含むことができ、それに加えて/又は、破線で示されるように、取り付け領域446−B内に延びることができる。 The present invention also allows for the formation of multiple channels in a channel spring probe. For example, FIG. 9D illustrates a portion of a spring mask 446 having channel regions 446-C (3) and 446-C (4) according to another embodiment of the present invention. Similar to the channel regions described above with respect to FIGS. 9B and 9C, the channels 446-C (3) and 446-C (4) can include reservoir elements, and / or As shown by the dashed line, it can extend into the mounting area 446-B.

 これと同様の構成の柔軟性は、図9(A)に示されている取り付け領域446−B及びプローブ先端部領域446−Aにも適用される。図9(A)〜図9(D)では略長方形の領域として示されているが、取り付け領域446−Bは任意の数の形状をとることができる。図10(A)は、本発明の別の実施形態による取り付け領域446−B(1)を示す。取り付け領域446−B(1)は剥離領域446−Dと同じ幅を有し、均一な幅を有する直線状(即ち均一な幅の)チャネルばねプローブを生じる。V字型、U字型、J字型及びL字型構成を含むがこれらに限定されない、他の様々な取り付け領域構成が可能である。図10(B)は、チャネル領域446−C(5)の経路指定の拡大を可能にするために拡大された取り付け領域446−B(2)を示しており、これは、単一のリソグラフィプロセス工程による、面外流体経路指定チャネル及び面内流体経路指定チャネルの両方の形成を可能にする。 柔軟 性 A similar configuration flexibility is also applied to the mounting region 446-B and the probe tip region 446-A shown in FIG. Although shown as a substantially rectangular area in FIGS. 9A-9D, the mounting area 446-B can take any number of shapes. FIG. 10A shows a mounting area 446-B (1) according to another embodiment of the present invention. The mounting area 446-B (1) has the same width as the stripping area 446-D, resulting in a linear (ie, uniform width) channel spring probe having a uniform width. Various other mounting area configurations are possible, including but not limited to V-shaped, U-shaped, J-shaped, and L-shaped configurations. FIG. 10 (B) shows the mounting area 446-B (2) enlarged to allow for expanded routing of the channel area 446-C (5), which is a single lithographic process. The process allows for the formation of both out-of-plane and in-plane fluid routing channels.

 同様に、プローブ先端部領域446−Aは、所望のチャネルばねプローブを形成するのに必要な任意の構成をとることができる。例えば、図10(C)は、本発明の別の実施形態による、プローブ先端部領域446−A(1)を示している。図9(A)の鈍いプローブ先端部領域446−Aとは対照的に、プローブ先端部領域446−A(1)は、チャネル領域446−Cの各側に先細の先端部を設ける面取り部501及び502を含む。この先細の先端部構成は、得られるチャネルばねプローブの先端部の(プリント)エッジに沿った流体の移動を減らすことができ、平たい先端部構成を有する類似のチャネルばねプローブで可能な線よりも細い流体の線を分配できるようにする。 Similarly, the probe tip region 446-A can take any configuration necessary to form the desired channel spring probe. For example, FIG. 10C shows a probe tip region 446-A (1) according to another embodiment of the present invention. In contrast to the blunt probe tip region 446-A of FIG. 9A, the probe tip region 446-A (1) has a chamfer 501 that provides a tapered tip on each side of the channel region 446-C. And 502. This tapered tip configuration can reduce the movement of fluid along the (printed) edge of the resulting channel spring probe tip and is more than would be possible with a similar channel spring probe having a flat tip configuration. Enables distribution of fine fluid lines.

 図10(D)は、本発明の別の実施形態による、プローブ先端部領域446−A(2)を示している。プローブ先端部領域446−A(2)は、面取り部501及び502を含むだけでなく、チャネル領域446−Cの端部を閉じる尖った先端部505も含む。尖った先端部505のサイズ及びチャネル領域446−Cの端部からの距離を適切にすると、得られるチャネルばねプローブ内の流体が、チャネル領域から尖った先端部の頂点まで運ばれ、非常に細い流体の線を分配できるようになる。本発明の実施形態によれば、チャネル領域446−Cは、尖った先端部505の頂点から1〜3μm以下の位置で終端することも可能である。 FIG. 10D illustrates a probe tip region 446-A (2) according to another embodiment of the present invention. Probe tip region 446-A (2) not only includes chamfers 501 and 502, but also includes a sharp tip 505 that closes the end of channel region 446-C. With the proper size of the pointed tip 505 and the distance from the end of the channel region 446-C, the resulting fluid in the channel spring probe is carried from the channel region to the pointed tip of the pointed tip and is very thin. The fluid line can be distributed. According to the embodiment of the present invention, the channel region 446-C can also terminate at a position of 1 to 3 μm or less from the vertex of the sharp tip 505.

 チャネルばねプローブの製造プロセスに戻ると、図6(D)は、ばねアイランド465−1を形成するために、1つ以上のエッチング液480を用いてエッチングされている、ばねマスク446を囲む、設計された応力を有する膜465の露出部分を示している。なお、このエッチングプロセスは、ばね材料アイランド465−1を囲む剥離層445の限定的なエッチングが生じるように行われる。一実施形態では、設計された応力を有する膜465の露出部分を除去するために、エッチング工程は、例えば、MoCrばね金属層を除去するために硝酸セリウムアンモニウム溶液を用いるなどの、ウェットエッチングプロセスを用いて行われてもよい。別の実施形態では、設計された応力を有する膜465及び剥離層445の露出部分の上面のエッチングに、異方性ドライエッチングが用いられる。この実施形態は、例えば、Moばね金属及びSi又はTi剥離層を用いて行われてもよい。Mo、Si及びTiの全ては、反応性フッ素プラズマ中でエッチングされる。ばね材料膜をドライエッチングする長所は、それにより、より細かい形状及びより鋭い先端部を有するチャネルばねプローブを容易に得られることである。反応性プラズマ中でエッチングされない材料には、アルゴンイオンイオンミリング等の物理的イオンエッチング法により、更に異方性のエッチングを施してもよい。別の可能な実施形態では、本明細書に参照して援用するIBM J.Res.Dev.Vol.42,No.4(1998年9月4日)の655頁に記載されている電気化学的エッチングプロセスを用いて、エッチング工程を行うことができる。多くの更なるプロセスの変形及び材料の置換も可能であり、ここに与えた例に限定的な意図はない。 Returning to the channel spring probe manufacturing process, FIG. 6D illustrates a design surrounding a spring mask 446 that has been etched using one or more etchants 480 to form a spring island 465-1. The exposed portion of the film 465 having the applied stress is shown. Note that this etching process is performed so that limited etching of the release layer 445 surrounding the spring material island 465-1 occurs. In one embodiment, to remove the exposed portions of the designed stressed film 465, the etching step comprises a wet etching process, for example, using a cerium ammonium nitrate solution to remove the MoCr spring metal layer. It may be performed using. In another embodiment, anisotropic dry etching is used to etch the top surfaces of the exposed portions of the designed stressed film 465 and the release layer 445. This embodiment may be performed, for example, using a Mo spring metal and a Si or Ti release layer. Mo, Si and Ti are all etched in a reactive fluorine plasma. The advantage of dry etching a spring material film is that it facilitates obtaining a channel spring probe with a finer shape and a sharper tip. Materials that are not etched in the reactive plasma may be further anisotropically etched by a physical ion etching method such as argon ion milling. In another possible embodiment, IBM {J. Res. Dev. Vol. 42, no. 4 (September 4, 1998), p. 655, using an electrochemical etching process. Many further process variations and material substitutions are possible, and the examples given herein are not intended to be limiting.

 図7(A)は、ばねマスク446(図6(D))が除去された後の、ばね材料アイランド465−1及び剥離層445を示している。この時点で、図7(B)に示されるように、ばね材料アイランド465−1に、オプションのチャネル領域パターニング466が形成されてもよい。チャネル領域パターニング466は、ばね材料アイランド465−1に二次的なチャネル要素を形成することを可能にする。ばね材料アイランド465−1にチャネル要素が既にパターニングされている場合は、オプションのチャネル領域パターニング466は必要ないが、それでも、ばね材料アイランド465−1に統合される要素に変形又は追加するために二次的チャネル要素を用いることもできよう。或いは、この付加的なチャネル領域パターニングを、ばね材料アイランド465−1の適切な部分が基板440から剥離された後で行うこともできる(図8(A)に関して後述する)。 FIG. 7A shows the spring material island 465-1 and the release layer 445 after the spring mask 446 (FIG. 6D) has been removed. At this point, an optional channel region patterning 466 may be formed on the spring material island 465-1, as shown in FIG. 7 (B). Channel region patterning 466 allows for the formation of secondary channel elements in spring material island 465-1. If channel elements have already been patterned on the spring material island 465-1, the optional channel region patterning 466 is not necessary, but nonetheless, to deform or add to the elements integrated into the spring material island 465-1. A secondary channel element could be used. Alternatively, this additional channel region patterning may be performed after the appropriate portion of spring material island 465-1 has been stripped from substrate 440 (described below with respect to FIG. 8A).

 図7(C)では、ばね材料アイランド465−1の第1の部分465−1Aの上に、剥離マスク450が形成される。剥離マスク491は、ばね材料アイランド465−1の第2の部分465−1B及びその周囲の剥離層445の部分を露出する剥離窓RWを定める。剥離マスク491は、第1の部分465−1Aを基板440に更に固定するためのストラップ構造としても作用する。本発明の一実施形態では、剥離マスク491はフォトレジストを用いて形成される。本発明の別の実施形態では、適切な金属又はエポキシを用いてもよい。本発明の別の実施形態によれば、剥離マスク491は、剥離層445及び/又はばね材料アイランド465−1の第1の部分465−1Aを適切にパターニングすることで除去されてもよい。 で は In FIG. 7C, a release mask 450 is formed on the first portion 465-1A of the spring material island 465-1. The release mask 491 defines a release window RW that exposes the second portion 465-1B of the spring material island 465-1 and the surrounding portion of the release layer 445. The release mask 491 also functions as a strap structure for further fixing the first portion 465-1A to the substrate 440. In one embodiment of the present invention, the release mask 491 is formed using a photoresist. In another embodiment of the present invention, a suitable metal or epoxy may be used. According to another embodiment of the present invention, release mask 491 may be removed by appropriately patterning release layer 445 and / or first portion 465-1A of spring material island 465-1.

 この時点で、後で立ち上がる構造(即ち、図8(A)に示されているばねビーム(梁)460)の損傷を防止するために、基板440を(例えばダイシング線DL1及びDL2に沿って)ダイシングしてもよい。オプションの粘着性のダイシングテープ441を用いて、ダイシング中及びダイシング後の基板の移動を防止してもよい(即ち、ダイシングブレードは基板440(及びその上の剥離層445の部分)のみを切断し、その下の粘着テープ441は切断しない)。或いは、基板440から部分465−1Bを剥離した後にダイシングを行ってもよい。このような場合、ダイシング中に剥離されたビームを保護することが望まれる場合には、レジスト又はワックスを用いたビームのパッシべーション(不動態化)を用いてもよい。 At this point, the substrate 440 is removed (eg, along the dicing lines DL1 and DL2) to prevent damage to later raised structures (ie, the spring beams 460 shown in FIG. 8A). Dicing may be performed. Optional sticky dicing tape 441 may be used to prevent movement of the substrate during and after dicing (ie, the dicing blade cuts only substrate 440 (and the portion of release layer 445 thereon)). And the adhesive tape 441 thereunder is not cut). Alternatively, dicing may be performed after the portion 465-1B is separated from the substrate 440. In such a case, if it is desired to protect the beam peeled off during dicing, beam passivation using a resist or wax may be used.

 図8(A)では、剥離エッチング液481(例えば、緩衝化酸化物エッチング(buffered oxide etch))を用いて、剥離層445の一部を、ばねアイランド465−1の露出部分(即ち、第2の部分465−1B)の下から選択的に除去し、湾曲したばねビーム460を形成する。露出した剥離材料を除去すると、(上述した)設計された応力を有する膜の形成中に作られた内部応力の偏差に応じて、ばねビーム460のカンチレバー部454が基板440から離れるように曲がる。ばねビーム460の固定端部453は、剥離マスク491で保護された剥離材料(支持)部445Aによって基板440に固定されたままである。或いは、剥離マスク491は、剥離後に、ばねビーム460の固定端部453から除去されてもよい。チャネル領域パターニング466が先に(例えば図7(B)において)形成されていない場合には、この時点で(即ち剥離後に)、ばねビーム460にオプションのチャネル領域パターニング466を形成してもよい。チャネル領域パターニング466が存在する場合には、図8(B)に示されている完成したチャネルばねプローブ450の実際のチャネル構造467を形成するために、追加の付着プロセス(1回又は複数回)を行ってもよい(先に述べたように、ばねビーム460の内部にチャネル要素を定めても(即ち、統合しても)よく、この場合には、ばねプローブ450にはチャネル構造467は必要ない)。 In FIG. 8A, a portion of the release layer 445 is removed using an exfoliation etchant 481 (eg, a buffered oxide etch) to expose the exposed portions of the spring island 465-1 (i.e., the second From the bottom of section 465-1B) to form a curved spring beam 460. Upon removal of the exposed release material, the cantilever portion 454 of the spring beam 460 bends away from the substrate 440 in response to internal stress deviations created during formation of the designed stressed film (described above). The fixed end 453 of the spring beam 460 remains fixed to the substrate 440 by a release material (support) portion 445A protected by a release mask 491. Alternatively, the stripping mask 491 may be removed from the fixed end 453 of the spring beam 460 after stripping. If channel region patterning 466 has not been previously formed (eg, in FIG. 7B), optional channel region patterning 466 may be formed in spring beam 460 at this point (ie, after stripping). If channel region patterning 466 is present, an additional deposition process (one or more times) may be used to form the actual channel structure 467 of the completed channel spring probe 450 shown in FIG. (As described above, a channel element may be defined (ie, integrated) within the spring beam 460, in which case the spring probe 450 requires a channel structure 467). Absent).

 チャネル構造467の形成は、図11(A)〜図11(C)に詳細に示されている。図11(A)は、図8(A)に示されている中間プローブ先端部455の正面図を示しており、チャネル領域パターニング466が、ばねビーム460の所望の部分の上に存在する。チャネル領域パターニング466は、ハードマスク(例えばハードレジスト)又は、続いて形成されるチャネル構造を除去することなく除去可能な他の任意の材料で構成可能である。図11(B)では、ばねビーム460の、チャネル領域パターニング466によってマスキングされていない部分に、チャネル構造467が形成され、チャネル領域パターニング466を除去するために、レジストストリップ(剥離剤)482が適用される。図11(C)には、得られたプローブ先端部456(図8(B)より)の正面図が示されており、以前にはチャネル領域パターニング466が占めていた隙間が、チャネル468になっている。チャネル領域パターニング466及びチャネル構造467に対しては、図13(A)〜図13(D)、図14(A)〜図14(C)、及び図15(A)に関して説明する、他の様々なジオメトリーが可能である。本発明の実施形態によれば、チャネル構造467を、ばねビーム460の上に電気めっきすることができる。本発明の別の実施形態によれば、チャネル構造467を形成するために、他の様々な材料(例えば、酸化物、窒化物、有機材料(炭化物)等)及びプロセス(例えば、スパッタリング、エバポレーション、化学蒸着(CVD)、スピニング等)を用いることができる。チャネル構造は、ばねビーム460の剥離高さを減少させ得るビーム負荷を生じるが、基板440からばねビーム460を剥離する前(即ち、図7(C)に示されているばねアイランド465−1上)に、チャネル構造(467)を形成することも可能である。 The formation of the channel structure 467 is shown in detail in FIGS. 11A to 11C. FIG. 11A shows a front view of the intermediate probe tip 455 shown in FIG. 8A, where the channel region patterning 466 is over a desired portion of the spring beam 460. The channel region patterning 466 can be comprised of a hard mask (eg, a hard resist) or any other material that can be removed without removing the subsequently formed channel structure. In FIG. 11B, a channel structure 467 is formed in a portion of the spring beam 460 that is not masked by the channel region patterning 466, and a resist strip (stripping agent) 482 is applied to remove the channel region patterning 466. Is done. FIG. 11 (C) shows a front view of the obtained probe tip 456 (from FIG. 8 (B)). The gap previously occupied by the channel region patterning 466 becomes a channel 468. ing. For channel region patterning 466 and channel structure 467, various other features described with respect to FIGS. 13A-13D, 14A-14C, and 15A. Various geometries are possible. According to embodiments of the present invention, a channel structure 467 may be electroplated over the spring beam 460. According to another embodiment of the present invention, various other materials (eg, oxides, nitrides, organic materials (carbides), etc.) and processes (eg, sputtering, evaporation) to form the channel structure 467. , Chemical vapor deposition (CVD), spinning, etc.). The channel structure creates a beam load that can reduce the peel height of the spring beam 460, but before peeling the spring beam 460 from the substrate 440 (i.e., on the spring island 465-1 shown in FIG. 7C). ), It is also possible to form a channel structure (467).

 図8(B)に戻ると、本発明の一実施形態により、基板440は、オプション流体経路444で示されるような、一体化された流体経路を含むことが可能である。このような一体化流体経路を既に含む基板上に、チャネルばねビームを形成して、新型の流体経路指定システムの構造を簡略化することができる。例えば、更なる機械的支持及び/又は界面要素を設けるために、オプションの支持構造442を、基板440に取り付けることができる。支持構造442は、チャネルばねプローブ450に液体を供給するための、オプションの流体リザーバ443を含むことができる。このような状況では、基板440は、チャネルばねプローブ450のチャネルと支持構造442のリザーバ443とを接続する、予め形成された一体化バイア(流体経路444)を含んでもよい。流体リザーバ443は、ばねチャネルプローブ450に液体を供給するか、又は、ばねチャネルプローブ450によって集められた液体を貯蔵してもよい。 8B, in accordance with one embodiment of the present invention, substrate 440 can include an integrated fluid path, as indicated by optional fluid path 444. Channel spring beams can be formed on a substrate that already contains such an integrated fluid path to simplify the structure of the new fluid routing system. For example, an optional support structure 442 can be attached to the substrate 440 to provide additional mechanical support and / or interface elements. The support structure 442 can include an optional fluid reservoir 443 for supplying liquid to the channel spring probe 450. In such a situation, substrate 440 may include a pre-formed integral via (fluid path 444) connecting the channel of channel spring probe 450 and reservoir 443 of support structure 442. Fluid reservoir 443 may supply liquid to spring channel probe 450 or store liquid collected by spring channel probe 450.

 本発明の別の実施形態によれば、ばねビーム460(及びチャネル構造467)の任意の露出部を覆う、パラリン又は酸化物等のオプションの保護コーティング461(破線で示す)を形成することができる。本発明の別の実施形態によれば、FIB、EBD、カーボン−ナノチューブ成長等の方法を用いて、剥離前のばねビーム460の表面に付着させた材料をエッチングすることにより、又は、剥離後に取り付けるによって、オプションの二次的先端部469を、ばねビーム460の端部に形成する又は取り付けることができる。本明細書に参照して援用する、2002年4月30日に出願された、トーマス・ハンチェルら(Thomas Hantschel et al.)の「ばねプローブ及び作動/検出構造を有する走査プローブシステム(Scanning Probe System with Spring Probe And Actuation/Sensing Structure)」という名称の、共有の同時係属出願の米国特許出願第10/136,258号に、二次的先端部の様々な構成がより完全に記載されている。 According to another embodiment of the present invention, an optional protective coating 461 (shown in dashed lines) such as paraline or oxide can be formed over any exposed portions of spring beam 460 (and channel structure 467). . According to another embodiment of the present invention, the material deposited on the surface of the spring beam 460 prior to exfoliation is etched using a method such as FIB, EBD, carbon-nanotube growth, or attached after exfoliation. Allows an optional secondary tip 469 to be formed or attached to the end of the spring beam 460. Thomas Hantschel et al., "Scanning Probe System with Spring Probe and Actuating / Detecting Structure," filed Apr. 30, 2002, which is incorporated herein by reference. Various configurations of the secondary tip are more fully described in commonly-owned co-pending U.S. patent application Ser. No. 10 / 136,258, entitled "With Spring Probe And Actuation / Sensing Structure."

 図12(A)は、図8(B)の完成したチャネルばねプローブ450の斜視図である。このチャネルばねプローブ450は、図3に示されているマイクロアレイシステム300A、図4に示されているDPNシステム300B、及び図5に示されている流体回路300C等の任意の流体システムで使用できる。チャネルばねプローブ450は、図6(A)〜図6(D)、図7(A)〜図7(C)、並びに図8(A)及び図8(B)に関して説明したプロセスの後で又はプロセスと共に形成可能な、オプションの操作モジュール495も含む。操作モジュールは、ばねビーム460に隣接するか又は取り付けられてもよく、チャネルばねプローブ450に、アクチュエータ、ヒータ、温度センサ、応力センサ、光学検出器、偏向センサ、薬品センサ、及び(作動、信号処理等を制御するための)集積電子回路等の付加的な機能性を与えるための、様々な構造を含むことが可能である。例えば、(図3に示されているマイクロアレイ330Aや図4に示されているマイクロペンアセンブリ330B等の)チャネルばねプローブアレイ中の各チャネルばねプローブは、全てのチャネルばねプローブの先端部の位置揃えを補助するためのアクチュエータ及び偏向センサを含むことができる。 FIG. 12 (A) is a perspective view of the completed channel spring probe 450 of FIG. 8 (B). The channel spring probe 450 can be used in any fluid system, such as the microarray system 300A shown in FIG. 3, the DPN system 300B shown in FIG. 4, and the fluid circuit 300C shown in FIG. Channel spring probe 450 can be used after or after the process described with respect to FIGS. 6A-6D, 7A-7C, and 8A-8B. Also includes an optional operating module 495 that can be formed with the process. The operating module may be adjacent to or attached to the spring beam 460 and the channel spring probe 450 may include actuators, heaters, temperature sensors, stress sensors, optical detectors, deflection sensors, drug sensors, and (actuation, signal processing). Various structures can be included to provide additional functionality, such as integrated electronic circuits (for controlling the like). For example, each channel spring probe in the channel spring probe array (such as the microarray 330A shown in FIG. 3 or the micropen assembly 330B shown in FIG. 4) may have all channel spring probe tips aligned. Actuators and deflection sensors to assist the

 例えば、図16(A)〜図16(C)は、それぞれ、基板940上に形成された、ばねビーム960の両側からオフセットして平行に延びる第1の細長い電極部995(A)及び第2の細長い電極部995(B)を含む作動電極構造を組み込んだ、チャネルばねプローブ950を示す平面図、側断面図、及び端面図である。細長い電極部995(A)及び995(B)の各々は、ばねビーム960の固定端部953に隣接して位置する比較的幅広の部分996と、プローブ先端部956に隣接して位置する比較的細い部分997とを含む先細の形状を有する。本発明者は、先細の電極部995(A)及び995(B)が、先細の電極設計に固有の(長さに沿った)電界強さの減少により、ばねビーム960の長さに沿って及ぼされる力を低減し、それによって、ばねビーム960の安定した「ローリング/ジッパー(rolling/zipper)」動作(図17(A)〜図17(C)を参照して後述する)を容易にすると判断した。先細の電極部995(A)及び995(B)をばねビーム960からオフセットする(即ち、ばねビーム960の両脇に取り付ける)ことにより、プローブ先端部956の完全な撓みを達成するのに必要な作動電圧が最小限になる。他の静電気作動電極パターンは、共有の同時係属出願の米国特許出願第10/136,258号に記載されている。ばねビーム960は、図16(A)に示されるような、ばねビーム960を撓ませるのに必要な力を低減するための、オプションの狭い部分947を含んでもよい。ばねビーム960は、同様の効果を与えるための、図16(B)に示されるような柔軟性が高められた部分948を含んでもよい。柔軟性が高められた部分948は、ばねビーム960を局所的に薄くすること、又はばねビーム960に局所的により軟質の材料を統合することを含む、様々な方法で形成できる。図16(A)の細い部分947及び図16(B)の柔軟性が高められた部分948は、カンチレバー部954に沿った任意の位置に配置可能である。 For example, FIGS. 16A to 16C show first elongated electrode portions 995 (A) and second elongated electrode portions 995 (A) formed on a substrate 940 and extending in parallel from both sides of a spring beam 960. FIGS. 10A and 10B are a plan view, a side sectional view, and an end view showing a channel spring probe 950 incorporating an working electrode structure including the elongated electrode portion 995 (B) of FIG. Each of the elongated electrode portions 995 (A) and 995 (B) has a relatively wide portion 996 located adjacent the fixed end 953 of the spring beam 960 and a relatively wide portion 996 located adjacent the probe tip 956. And a tapered shape including a thin portion 997. The inventor has noted that the tapered electrode portions 995 (A) and 995 (B) may have a reduced length along the length of the spring beam 960 due to the reduced field strength (along the length) inherent in the tapered electrode design. To reduce the applied force, thereby facilitating a stable "rolling / zipper" operation of the spring beam 960 (described below with reference to FIGS. 17A-17C). It was judged. By offsetting the tapered electrode portions 995 (A) and 995 (B) from the spring beam 960 (ie, attached to both sides of the spring beam 960), it is necessary to achieve full deflection of the probe tip 956. The operating voltage is minimized. Other electrostatically actuated electrode patterns are described in commonly-owned co-pending US patent application Ser. No. 10 / 136,258. The spring beam 960 may include an optional narrow portion 947 to reduce the force required to deflect the spring beam 960, as shown in FIG. The spring beam 960 may include a more flexible portion 948 as shown in FIG. 16B to provide a similar effect. The enhanced flexibility portion 948 can be formed in a variety of ways, including locally thinning the spring beam 960, or locally integrating a softer material into the spring beam 960. The thin portion 947 in FIG. 16A and the enhanced flexibility portion 948 in FIG. 16B can be arranged at any position along the cantilever portion 954.

 図17(A)〜図17(C)は、ばねビーム960の「ローリング/ジッパー」動作を示す側断面図である。図17(A)を参照すると、電圧源901によってばねビーム960及び細長い電極995(A)及び995(B)に比較的小さな電圧信号が印加されると、カンチレバー部954は実質的にそのバイアスされていない位置にとどまる(即ち、チャネルばねプローブの設計によって決定された形状に湾曲する)。図17(B)に示されるように、電圧源901によって生じる印加電圧が増加すると、カンチレバー部954は、基板940に向かうように作動されてまっすぐになり、それによってばねビーム960が「広がる」。図17(C)に示されるように、電圧源901によって生じる印加電圧が十分な大きさの値に達すると、ばねビーム960は、先端部956が基板940に当接するまで更に広がる。この作動能力は、チャネルばねプローブを組み込んだ素子の機能性を実質的に改良できる。例えば、図3に示されているマイクロアレイ330Aでは、個々のチャネルばねプローブ350Aを、基板340Aに向かうよう作動させることにより、「オフにする」ことができる。同様に、図4に示されているマイクロペンアセンブリ330Bの個々のチャネルばねプローブを、基板340Bに向かうよう(及びそこから離れるよう)作動させることにより、オフ及びオンにすることができる。 FIGS. 17 (A) to 17 (C) are side sectional views showing the “rolling / zipper” operation of the spring beam 960. Referring to FIG. 17A, when a relatively small voltage signal is applied by the voltage source 901 to the spring beam 960 and the elongated electrodes 995 (A) and 995 (B), the cantilever portion 954 is substantially biased. (I.e., curves into a shape determined by the design of the channel spring probe). As shown in FIG. 17B, as the applied voltage generated by the voltage source 901 increases, the cantilever portion 954 is actuated toward the substrate 940 and straightens, thereby “spreading” the spring beam 960. As shown in FIG. 17C, when the applied voltage generated by the voltage source 901 reaches a sufficiently large value, the spring beam 960 spreads further until the tip 956 contacts the substrate 940. This actuation capability can substantially improve the functionality of the device incorporating the channel spring probe. For example, in the microarray 330A shown in FIG. 3, the individual channel spring probes 350A can be turned "off" by actuating them toward the substrate 340A. Similarly, the individual channel spring probes of micropen assembly 330B shown in FIG. 4 can be turned off and on by actuating toward (and away from) substrate 340B.

 図12(B)は、本発明者によって、上述の製造プロセスを用いて製造された、実際のチャネルばねプローブアレイ730を示す拡大写真である。チャネルばねプローブアレイ730は、基板740から離れるように湾曲したチャネルばねプローブ750(1)、750(2)、750(3)及び750(4)を含む(他にもあるが、明確にするためにここではラベルづけしない)。チャネルばねプローブ750(1)〜750(4)の各々は、固定端部753において基板740に取り付けられており、図12(A)に関して上述したように、チャネルを含む。例えば、チャネルばねプローブ750(1)は、(図10(D)に関して説明したプローブ先端部領域446−A(1)によって定められるような)先細のプローブ先端部756を貫通して延びるチャネル752を含む。図9(B)及び図9(C)に関して上述したように、チャネル752は固定端部753内へと延び、リザーバ753内で終端する。 FIG. 12B is an enlarged photograph showing an actual channel spring probe array 730 manufactured by the present inventors using the above-described manufacturing process. Channel spring probe array 730 includes channel spring probes 750 (1), 750 (2), 750 (3) and 750 (4) curved away from substrate 740 (although there are others, but for clarity) Not labeled here). Each of the channel spring probes 750 (1) -750 (4) is attached to the substrate 740 at a fixed end 753 and includes a channel, as described above with respect to FIG. For example, channel spring probe 750 (1) includes a channel 752 that extends through a tapered probe tip 756 (as defined by probe tip region 446-A (1) described with respect to FIG. 10D). Including. As described above with respect to FIGS. 9 (B) and 9 (C), channel 752 extends into fixed end 753 and terminates in reservoir 753.

 図12(A)に戻るが、ばねビーム460内のチャネル452には、オプションのチャネル構造467のチャネル要素によって補われる又は置き換えられることも可能なチャネル452も含まれる(明確化のために、簡単に破線部分のブロックで示す)。従って、プローブ先端部456は、様々な形状をとることが可能である。例えば、図13(A)は、本発明の一実施形態によるプローブ先端部456(1)の正面図を示している。プローブ先端部456(1)は、ばねビーム460及びチャネル構造467(1)によって定められるチャネル452(1)を含む。チャネル構造部467(1)−A及び467(1)−Bは、ばねビーム部460−A及び460−Bをそれぞれ覆うように直接配置され、それにより、ばねビーム460に含まれるチャネルの高さが増加する。 12A, the channels 452 in the spring beam 460 also include channels 452 that can be supplemented or replaced by channel elements of the optional channel structure 467 (for clarity, Is indicated by the broken line block). Therefore, the probe tip 456 can take various shapes. For example, FIG. 13A shows a front view of a probe tip 456 (1) according to an embodiment of the present invention. Probe tip 456 (1) includes a channel 452 (1) defined by spring beam 460 and channel structure 467 (1). The channel structures 467 (1) -A and 467 (1) -B are disposed directly over the spring beam portions 460-A and 460-B, respectively, so that the height of the channel included in the spring beam 460 is increased. Increase.

 図13(B)は、本発明の別の実施形態によるプローブ先端部456(2)の正面図を示している。ばねビームの既存のチャネルに追加するのではなく、プローブ先端部456(2)のチャネル構造467(2)は、いかなるチャネル要素も含まないばねビーム460(1)(即ち、「何もない」ばねビーム)の上に形成される。従って、チャネル468(1)は、チャネル構造部467(2)−A及び467(2)−Bによって全体を定められる。 FIG. 13B shows a front view of the probe tip 456 (2) according to another embodiment of the present invention. Rather than adding to the existing channel of the spring beam, the channel structure 467 (2) of the probe tip 456 (2) includes a spring beam 460 (1) that does not include any channel elements (ie, a "blank" spring). Beam). Thus, channel 468 (1) is entirely defined by channel structures 467 (2) -A and 467 (2) -B.

 図13(C)は、本発明の別の実施形態によるプローブ先端部456(3)の正面図を示している。プローブ先端部456(3)では、何もないばねビーム460(1)の上に形成されたチャネル構造467(3)は、完全に囲まれたチャネル468(2)を定める。チャネル構造467(3)は、例えば、図11(A)に示されるように、チャネル領域パターニングを完全に覆うようにめっきすることによって形成されてもよい。チャネル468(2)は全ての辺を囲まれているので、流体の出入りは、チャネル468(2)の両端部を通してのみ可能であり、流体の汚染のリスクを最小限にできると共に、チャネル468(2)内に保持された液体のより確かな輸送を提供する。 FIG. 13C shows a front view of the probe tip 456 (3) according to another embodiment of the present invention. At the probe tip 456 (3), the channel structure 467 (3) formed over the empty spring beam 460 (1) defines a completely enclosed channel 468 (2). The channel structure 467 (3) may be formed, for example, by plating so as to completely cover the channel region patterning, as shown in FIG. Because channel 468 (2) is surrounded on all sides, fluid access is only possible through the ends of channel 468 (2), minimizing the risk of fluid contamination and reducing channel 468 (2). 2) provides a more reliable transport of the liquid retained in it.

 図13(D)は、本発明の別の実施形態によるプローブ先端部456(4)の正面図を示している。チャネル構造467(4)は、何もないばねビーム460(1)の上にチャネル構造部467(4)−A、467(4)−B及び467(4)−Cを配置することにより、チャネル468(3)及び468(4)を定める。この原理を用いて、チャネルばねプローブに任意の数のチャネルを形成してもよい。 FIG. 13D shows a front view of the probe tip 456 (4) according to another embodiment of the present invention. The channel structure 467 (4) is formed by placing the channel structures 467 (4) -A, 467 (4) -B and 467 (4) -C on the empty spring beam 460 (1). 468 (3) and 468 (4) are defined. Using this principle, any number of channels may be formed in the channel spring probe.

 図14(A)は、本発明の別の実施形態による、複数のチャネルを含むプローブ先端部456(5)の正面図を示している。プローブ先端部456(5)は、何もないばねビーム460(1)の上面及び底面に、チャネル構造467(5)及び467(6)をそれぞれ含む。チャネル構造467(5)は、ばねビーム460(1)の上面上にチャネル468(5)を定めるチャネル構造部467(5)−A及び467(5)−Bを含み、一方、チャネル構造467(6)は、ばねビーム460(1)の底面上にチャネル468(6)を定めるチャネル構造部467(6)−A及び467(6)−Bを含む。プローブ先端部456(5)は、(チャネル構造467(5)に対して用いた破線で示唆されるように)チャネル構造467(6)のみを含んでもよく、それにより、ばねビーム460(1)の底面のみにチャネル(即ちチャネル468(6))が設けられてもよい。 FIG. 14A shows a front view of a probe tip 456 (5) including multiple channels, according to another embodiment of the present invention. Probe tip 456 (5) includes channel structures 467 (5) and 467 (6) on the top and bottom of empty spring beam 460 (1), respectively. Channel structure 467 (5) includes channel structures 467 (5) -A and 467 (5) -B that define a channel 468 (5) on the upper surface of spring beam 460 (1), while channel structure 467 (5). 6) includes channel structures 467 (6) -A and 467 (6) -B that define a channel 468 (6) on the bottom surface of the spring beam 460 (1). Probe tip 456 (5) may include only channel structure 467 (6) (as suggested by the dashed line used for channel structure 467 (5)), thereby causing spring beam 460 (1). (I.e., channel 468 (6)) may be provided only on the bottom surface of.

 図14(B)は、本発明の別の実施形態による、複数の囲まれたチャネルを含むプローブ先端部456(6)の正面図を示している。プローブ先端部456(6)は、何もないばねビーム460(1)の上面及び底面に、チャネル構造467(7)及び467(8)をそれぞれ含み、それにより、完全に囲まれたチャネル468(7)及び468(8)をそれぞれ定める。プローブ先端部456(6)は、(チャネル構造467(7)に対して用いた破線で示唆されるように)チャネル構造467(8)のみを含んでもよく、それにより、ばねビーム460(1)の底面のみにチャネル(即ちチャネル468(8))が定められてもよい。 FIG. 14B illustrates a front view of a probe tip 456 (6) including a plurality of enclosed channels, according to another embodiment of the present invention. The probe tip 456 (6) includes channel structures 467 (7) and 467 (8) on the top and bottom of the empty spring beam 460 (1), respectively, thereby providing a completely enclosed channel 468 (6). 7) and 468 (8) are defined respectively. Probe tip 456 (6) may include only channel structure 467 (8) (as suggested by the dashed line used for channel structure 467 (7)), thereby causing spring beam 460 (1). (Ie, channel 468 (8)) may be defined only on the bottom surface of.

 上述したタイプのチャネル構造で作られたチャネル要素は、(図9(C)及び図9(D)に関して説明したような)任意のリザーバ要素、又は、ばねビームの表面上に所望される他の構成を含むことが可能である。例えば、図14(C)は、本発明の別の実施形態による、プローブ先端部456(7)の平面図を示している。プローブ先端部456(7)は、チャネル468(9)及び横断チャネル469−A、469−B及び469−Cを定める、何もないばねビーム460(1)上に配列されたチャネル構造部467(9)−A〜467(9)−Hを含む。横断チャネル469−A、469−B及び469−Cは、チャネル468(9)に対して垂直であり、ばねビーム460(1)幅にわたって延びる。プローブ先端部468(9)が略先細の端部を有するように、チャネル構造部467(9)−A及び467(9)−Eは角度がつけられている。このような構成は、横断チャネル469−A、469−B及び469−Cが、増加した流体分配容量を提供する、例えば、穴あき(puncture)用途で使用できる。図15(A)は、プローブ先端部456(7)の側面図であり、ばねビーム460(1)の表面に沿って離間された横断チャネル469−A、469−B及び469−Cを示している。 A channel element made of a channel structure of the type described above may be used with any reservoir element (as described with respect to FIGS. 9C and 9D) or any other desired on the surface of the spring beam. Configurations can be included. For example, FIG. 14 (C) shows a plan view of a probe tip 456 (7) according to another embodiment of the present invention. The probe tip 456 (7) defines a channel 468 (9) and traversing channels 469-A, 469-B, and 469-C, defining channel structures 467 (4) arranged on an empty spring beam 460 (1). 9) -A to 467 (9) -H. Transverse channels 469-A, 469-B and 469-C are perpendicular to channel 468 (9) and extend across the width of spring beam 460 (1). Channel structures 467 (9) -A and 467 (9) -E are angled such that probe tip 468 (9) has a substantially tapered end. Such an arrangement can be used, for example, in puncture applications where the transverse channels 469-A, 469-B and 469-C provide increased fluid distribution capacity. FIG. 15A is a side view of the probe tip 456 (7), showing transverse channels 469-A, 469-B, and 469-C spaced along the surface of the spring beam 460 (1). I have.

 図15(B)は、本発明の別の実施形態による、横断チャネルを有するプローブ先端部456(8)の平面図を示している。プローブ先端部456(8)は、図14(C)及び図15(A)に示されているプローブ先端部456(7)と略同様であるが、但し、プローブ先端部456(7)のチャネル構造部467(9)−A及び467(9)−Eが、尖った先端部467(9)−Jを含む単一のチャネル構造部467(9)−Iと置き換えられている。尖った先端部467(9)−Jは、プローブ先端部456(8)の端部でチャネル468(10)を閉じている。図10(D)で説明したように、尖った先端部467(9)−Jは、プローブ先端部456(8)に更なる安定性及び突き通す能力を与えつつ、依然としてチャネル468(10)への及びチャネル468(10)からの流体の輸送を可能にする。 FIG. 15B shows a plan view of a probe tip 456 (8) having a transverse channel, according to another embodiment of the present invention. The probe tip 456 (8) is substantially similar to the probe tip 456 (7) shown in FIGS. 14 (C) and 15 (A), except for the channel of the probe tip 456 (7). Structures 467 (9) -A and 467 (9) -E have been replaced with a single channel structure 467 (9) -I including a sharpened tip 467 (9) -J. Sharp tip 467 (9) -J closes channel 468 (10) at the end of probe tip 456 (8). As described in FIG. 10 (D), the pointed tip 467 (9) -J provides additional stability and penetrating ability to the probe tip 456 (8) while still providing access to the channel 468 (10). And fluid transport from channel 468 (10).

 本発明を複数の実施形態と結びつけて説明したが、本発明は、開示された実施形態に限定されず、当業者には明らかな様々な変形が可能であることを理解されたい。例えば、ばねビーム(又は、Formfactor,Inc.が製造しているようなボンディングワイヤでさえ)の全ての面にめっきを施し、面外管としてのめっきのみを残してエッチングすることもできよう。従って、本発明は添付の特許請求の範囲のみによって限定される。 Although the present invention has been described in connection with a plurality of embodiments, it should be understood that the present invention is not limited to the disclosed embodiments, and that various modifications obvious to those skilled in the art are possible. For example, all surfaces of a spring beam (or even bonding wires such as those manufactured by Formfactor, Inc.) could be plated and etched leaving only the plating as an out-of-plane tube. Accordingly, the invention is not limited except as by the appended claims.

従来のマイクロアレイシステムを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the conventional microarray system. 従来のDPNシステムを示す斜視図である。It is a perspective view showing the conventional DPN system. 本発明の一実施形態による、チャネルばねプローブの分配アセンブリを用いたマイクロアレイシステムを示す斜視図である。1 is a perspective view illustrating a microarray system using a distribution assembly of a channel spring probe according to one embodiment of the present invention. 本発明の別の実施形態による、チャネルばねプローブのマイクロペンアセンブリを用いたDPNシステムを示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view illustrating a DPN system using a micro-pen assembly of a channel spring probe according to another embodiment of the present invention. 本発明の別の実施形態による、チャネルばねプローブの流体相互接続を用いた流体回路を示す側面図である。FIG. 5 is a side view illustrating a fluid circuit using fluid interconnection of a channel spring probe according to another embodiment of the present invention. (A)、(B)、(C)及び(D)は、本発明の別の実施形態による、チャネルばねプローブの製造に用いられる一般的な製造プロセスの一部を示す、簡略化された側断面図である。(A), (B), (C) and (D) are simplified side views illustrating a portion of a typical manufacturing process used to manufacture a channel spring probe, according to another embodiment of the present invention. It is sectional drawing. (A)、(B)及び(C)は、本発明の別の実施形態による、チャネルばねプローブの製造に用いられる一般的な製造プロセスの一部を示す、簡略化された側断面図である。(A), (B) and (C) are simplified cross-sectional side views illustrating a portion of a typical manufacturing process used to manufacture a channel spring probe according to another embodiment of the present invention. . (A)及び(B)は、本発明の別の実施形態による、チャネルばねプローブの製造に用いられる一般的な製造プロセスの一部を示す、簡略化された側断面図である。FIGS. 6A and 6B are simplified cross-sectional side views illustrating a portion of a typical manufacturing process used to manufacture a channel spring probe, according to another embodiment of the present invention. (A)は、本発明の別の実施形態による、図6(C)に示されている製造プロセスの間にばね材料膜を覆って形成されたばねマスクを示す平面図であり、(B)、(C)及び(D)は、本発明の様々な実施形態による、(A)に示されているばねマスクの様々な領域の詳細を示す図である。FIG. 6A is a plan view illustrating a spring mask formed over the spring material film during the manufacturing process shown in FIG. 6C, according to another embodiment of the present invention; FIGS. 4C and 4D show details of various regions of the spring mask shown in FIG. 4A, according to various embodiments of the present invention. FIGS. (A)、(B)、(C)及び(D)は、本発明の様々な実施形態による、図9(A)に示されているばねマスクの様々な領域の詳細を示す図である。9A, 9B, 9C, and 9D show details of various regions of the spring mask shown in FIG. 9A, according to various embodiments of the present invention. (A)、(B)及び(C)は、本発明の別の実施形態による、ばねビームの表面にチャネルを形成するプロセスを示す正面図である。(A), (B) and (C) are front views illustrating a process for forming a channel in a surface of a spring beam according to another embodiment of the present invention. (A)は、本発明の別の実施形態によるチャネルばねプローブを示す斜視図であり、(B)は、図6(A)〜図6(D)、図7(A)〜図7(C)並びに図8(A)及び図8(B)を参照して説明した製造プロセスによって製造された、実際のチャネルばねプローブアレイの拡大写真を示す図である。(A) is a perspective view showing a channel spring probe according to another embodiment of the present invention, (B) is (A) to (D) of FIG. 6, (A) to (C) of FIG. FIG. 9 is a diagram showing an enlarged photograph of an actual channel spring probe array manufactured by the manufacturing process described with reference to FIGS. 8A and 8B. (A)、(B)、(C)及び(D)は、本発明の様々な実施形態によるチャネルばねプローブの先端部の正面図である。(A), (B), (C) and (D) are front views of the distal end of a channel spring probe according to various embodiments of the present invention. (A)及び(B)は、本発明の様々な実施形態によるチャネルばねプローブの先端部の正面図であり、(C)は、本発明の様々な実施形態によるチャネルばねプローブの先端部の1つの平面図である。(A) and (B) are front views of the distal end of a channel spring probe according to various embodiments of the present invention, and (C) are one of the distal ends of the channel spring probe according to various embodiments of the present invention. FIG. (A)及び(B)は、本発明の様々な実施形態によるチャネルばねプローブの先端部の平面図である。(A) and (B) are plan views of the distal end of a channel spring probe according to various embodiments of the present invention. (A)、(B)及び(C)は、それぞれ、本発明の一実施形態による、作動電極を組み込んだチャネルばねプローブを示す平面図、側断面図及び端面図である。(A), (B) and (C) are a plan view, a side sectional view and an end view, respectively, showing a channel spring probe incorporating a working electrode according to one embodiment of the present invention. (A)、(B)及び(C)は、図16(B)のチャネルばねプローブの作動を示す側断面図である。(A), (B) and (C) are sectional side views which show operation | movement of the channel spring probe of FIG. 16 (B).

符号の説明Explanation of reference numerals

    300A  マイクロアレイシステム
    330A  分配システム
    350A  チャネルばねプローブ
    300B  つけペン式ナノリソグラフィ(DPN)システム
    330B  マイクロペンアセンブリ
    350B  チャネルばねプローブ
    380B  コンピュータ/ワークステーション
    300C  流体回路
    320C(1)  流体素子
    320C(2)  流体素子
    350C(1)  チャネルばねプローブ
    350C(2)  チャネルばねプローブ


300A Microarray system 330A Distribution system 350A Channel spring probe 300B Pen-on nanolithography (DPN) system 330B Micro pen assembly 350B Channel spring probe 380B Computer / workstation 300C Fluid circuit 320C (1) Fluid element 320C (2) Fluid element 350C ( 1) Channel spring probe 350C (2) Channel spring probe


Claims (6)

基板に取り付けられた固定部と、前記基板から離れる曲がりを有するカンチレバー部とを有するばねビームを含む、流体用導管であって、前記ばねビームが、該ばねビームの前記カンチレバー部に沿って流体を運ぶための、前記カンチレバー部の前記曲がりに対して略平行に延びる第1のチャネルを定める、流体用導管。 A fluid conduit comprising a spring beam having a fixed portion attached to a substrate and a cantilever portion having a bend away from the substrate, wherein the spring beam directs fluid along the cantilever portion of the spring beam. A fluid conduit defining a first channel for carrying, extending substantially parallel to the bend of the cantilever portion. 剥離材料層の上に、該剥離材料層に対して垂直な方向の内部応力勾配を有するばね材料膜を形成する工程と、
 ばね材料アイランドを形成するために、前記ばね材料膜をエッチングする工程と、
 前記ばね材料アイランドのカンチレバー部に、前記内部応力勾配に起因する前記剥離層の第2の部分から離れる曲がりを帯びさせるために、前記剥離材料層の第1の部分を前記ばね材料アイランドの前記カンチレバー部の下から除去する工程と、
 前記ばねビームの前記カンチレバー部に沿って流体を運ぶための、前記カンチレバー部の前記曲がりに対して略平行に延びる第1のチャネルを定める工程と、
 を含む、流体用導管を形成する方法。
Forming a spring material film having an internal stress gradient in a direction perpendicular to the release material layer on the release material layer;
Etching the spring material film to form a spring material island;
A first portion of the release material layer is applied to the cantilever portion of the spring material island to cause the cantilever portion of the spring material island to bend away from a second portion of the release layer due to the internal stress gradient. Removing from under the part,
Defining a first channel extending substantially parallel to the bend of the cantilever portion for carrying fluid along the cantilever portion of the spring beam;
A method of forming a fluid conduit comprising:
複数の流体サンプルを同時に分析するマイクロアレイシステムであって、
 第1のパターンに配列された複数の試験位置を含む分析用集積回路(IC)と、
 基板に取り付けられた固定端部と、自由端部の曲がりに対して平行に延びる第1のチャネルと、前記基板から離れる曲がりを有すると共に前記第1のチャネルから液体を分配するための分配先端部で終端する前記自由端部と、を各々が有する複数のチャネルばねプローブを含む分配アセンブリであって、前記複数のチャネルばねプローブの前記分配先端部が、前記第1のパターンと略一致する第2のパターンに配列された、分配アセンブリと、
 前記複数のチャネルばねプローブの各々の前記分配先端部を、前記分析用IC上の前記複数の試験位置の1つと接触するよう配置するための配置システムと、
 前記配置システムを制御すると共に前記分析用ICによって供給されるデータを処理するためのコンピュータ/ワークステーションと、
 を含むマイクロアレイシステム。
A microarray system for simultaneously analyzing a plurality of fluid samples,
An analytical integrated circuit (IC) including a plurality of test locations arranged in a first pattern;
A fixed end attached to the substrate, a first channel extending parallel to the free end bend, and a dispensing tip having a bend away from the substrate and dispensing liquid from the first channel. A dispensing assembly comprising a plurality of channel spring probes each having a free end terminating at the dispensing end, wherein the dispensing tip of the plurality of channel spring probes substantially coincides with the first pattern. A dispensing assembly arranged in a pattern of
A positioning system for positioning the dispensing tip of each of the plurality of channel spring probes in contact with one of the plurality of test locations on the analytical IC;
A computer / workstation for controlling the placement system and processing data provided by the analysis IC;
A microarray system comprising:
基板をパターニングするためのつけペン式ナノリソグラフィ(DPN)システムであって、
 基板を支持及び配置するための台と、
 基板に取り付けられた固定端部と、自由端部の曲がりに対して平行に延びるチャネルと、前記基板から離れる曲がりを有すると共に前記チャネルから前記基板の上に液体を分配するための分配先端部で終端する前記自由端部と、を有する第1のチャネルばねプローブを含むマイクロペンアセンブリと、
 前記第1のチャネルばねプローブの前記分配先端部を、前記基板と接触するよう配置すると共に、前記基板の上に所望のパターンをプリントするための配置システムと、
 前記配置システムを制御するためのコンピュータ/ワークステーションと、
 を有するDPNシステム。
A pen-based nanolithography (DPN) system for patterning a substrate, comprising:
A table for supporting and placing the substrate,
A fixed end attached to the substrate, a channel extending parallel to the free end bend, and a dispensing tip for having a bend away from the substrate and dispensing liquid from the channel onto the substrate. A micro-pen assembly including a first channel spring probe having the free end terminating;
An arrangement system for arranging the dispensing tip of the first channel spring probe in contact with the substrate and printing a desired pattern on the substrate;
A computer / workstation for controlling the deployment system;
A DPN system having:
第1の面を有する第1の流体素子と、
 前記第1の面に取り付けられた固定部と、前記第1の面から離れる曲がりを有する自由部と、前記チャネルばねプローブの自由部に沿って流体を運ぶためのチャネルとを有するチャネルばねプローブと、
 を有する流体回路。
A first fluid element having a first surface;
A channel spring probe having a fixed portion attached to the first surface, a free portion having a bend away from the first surface, and a channel for carrying fluid along the free portion of the channel spring probe. ,
A fluid circuit having:
複数のプリント用先端部を有するマイクロアレイの製造方法であって、
 剥離材料層の上に、該剥離材料層に対して垂直な方向の内部応力勾配を有するばね材料膜を形成する工程と、
 複数のばね材料アイランドをアレイパターンに形成するために、前記ばね材料膜をエッチングする工程と、
 前記剥離材料層の第2の部分から離れる曲がりを各々が有する複数のばねビームであって、前記複数のプリント用先端部の1つを各々が構成する複数のばねビームを形成するために、前記剥離材料層の第1の部分を各前記ばね材料アイランドの前記カンチレバー部の下から除去する工程と、
 を含む、マイクロアレイの製造方法。
A method of manufacturing a microarray having a plurality of printing tips,
Forming a spring material film having an internal stress gradient in a direction perpendicular to the release material layer on the release material layer;
Etching the spring material film to form a plurality of spring material islands in an array pattern;
Forming a plurality of spring beams each having a bend away from a second portion of the release material layer, the plurality of spring beams each comprising one of the plurality of printing tips. Removing a first portion of a release material layer from beneath the cantilever portion of each spring material island;
A method for producing a microarray, comprising:
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